發(fā)動機(jī)瞬態(tài)排放特性(精)

1、.1發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)排放特性汽油機(jī)的穩(wěn)態(tài)排放特性圖3-1、圖3-2和圖3-3分別為一臺比較有代表性的排量為2L的4氣門現(xiàn)代車用進(jìn)氣道電子噴射汽油機(jī)的 CO、HC和NOx穩(wěn)態(tài)排放特性圖。各種排放均用比排放量（比排放量指每千瓦小時(shí)所排放出的污染物的質(zhì)量）表示。實(shí)際上，發(fā)動機(jī)有害排放物對大氣污染的程度，不僅取決于其排放濃度Xi（ppm），而且還取決于其質(zhì)量排放量Gi（ g/h）,二者之間的關(guān)系為：Gi 二VgX A 10（3-1）式中：3Vg-排氣容積流量（m /h）；3P i-污染物的密度（kg/m ）。圖3-1汽油機(jī)CO比排放特性圖3-3汽油機(jī)NOx比排放特性對于量調(diào)節(jié)的汽油機(jī)來說，其排氣容積流量既

2、與轉(zhuǎn)速有關(guān)，也與負(fù)荷有關(guān)。因此，其污染物排放量的變化規(guī)律是不同于污染物濃度的。由圖3-1可見，為了滿足三效催化轉(zhuǎn)化器高效率工作的要求，現(xiàn)代車用汽油機(jī)在常用的部分負(fù)荷區(qū)將過量空氣系數(shù)a控制在1.0左右，所以CO的排放較低，而在負(fù)荷很小時(shí)，為了保證燃燒的穩(wěn)定，混合氣被適當(dāng)?shù)募訚?，從?導(dǎo)致了 CO的排放略有上升。當(dāng)工作負(fù)荷接近全負(fù)荷時(shí)， 為了使發(fā)動機(jī)能發(fā)出較大的功率和 轉(zhuǎn)矩，混合氣被顯著加濃，從圖中可以看到，CO的比排放量開始急劇升高，而絕對排放濃度和質(zhì)量則上升更快。圖3-2表示了車用汽油機(jī)未燃 HC排放量的變化趨勢。從圖中可見HC的變化趨勢和 CO 比較相似，中等負(fù)荷時(shí)比排放量較小，大負(fù)荷和小負(fù)

3、荷時(shí)相對增加。但有兩個(gè)不同之處：一 是HC在全負(fù)荷時(shí)其排放沒有像 CO那樣顯著增加，只是稍有增加，基本和中等負(fù)荷時(shí)保持 同一水平；二是小負(fù)荷時(shí) HC比排放量隨負(fù)荷的減小增加的程度更加明顯。CO和HC生成機(jī)理不同可以解釋造成這種兩種情況的原因。在大負(fù)荷時(shí)采用過濃的混合氣來提供更大的功率和轉(zhuǎn)矩，這時(shí)氧氣相對較少，燃料不可能完全氧化，從而生成大量的CO,而HC的排放主要來自淬熄等多相因素，每循環(huán)絕對排放量的變化是不大的，當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)， 隨著負(fù)荷增加，空燃 比增大，混合氣變稀，排氣中HC比排放量下降。若進(jìn)一步加大負(fù)荷，混合氣變濃，特別是全負(fù)荷時(shí)排氣中嚴(yán)重缺氧，未燃的HC無法完全氧化，其比排放量又

4、會增加。在低速小負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)溫度低，對未燃HC的氧化不利，缸壁的激冷作用變強(qiáng)，因此HC比排放量同樣會增加。汽油機(jī)NOx排放如圖3-3所示，其排放規(guī)律與 CO、HC的排放規(guī)律有很大區(qū)別。當(dāng)轉(zhuǎn) 速一定時(shí)，NOx的比排放量隨負(fù)荷增大而不斷減小，而實(shí)際上在中等負(fù)荷區(qū)，隨著負(fù)荷的 增大，由于燃燒溫度提高了，NOx絕對排放量增加，但 NOx的增加與負(fù)荷是不成正比的，因而NOx比排放量卻是逐漸下降的。 在大負(fù)荷時(shí)，由于混合氣過濃，氧氣不足，不利于NOx 的生成，NOx絕對排放量下降，比排放量下降更快。從圖中還可以看出，當(dāng)負(fù)荷一定時(shí)， 隨著轉(zhuǎn)速的增加，NOx的比排放量增大，其絕對排放量顯著增加。由于影響汽油機(jī)

5、排放的因素甚多，因此各種汽油機(jī)排放特性有很大差異。盡管如此，其有害排放物的排放量隨負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的變化而變化的趨勢則是一致的，為了使車用汽油機(jī)排放的有害污染物較少，應(yīng)盡量使其在中等負(fù)荷下運(yùn)行。柴油機(jī)的穩(wěn)態(tài)排放特性圖3-4、圖3-5和圖3-6分別是一臺具有代表性的 2.8L排量的現(xiàn)代渦輪增壓中冷直接噴 射式車用柴油機(jī)的 CO、HC、NOx的穩(wěn)態(tài)排放特性圖。從圖3-4可見，渦輪增壓直噴柴油機(jī)在整個(gè)工況范圍CO的排放都很少，在大多數(shù)工況下，CO比排放量都比較小，這是由于渦輪增壓直噴柴油機(jī)的空燃比非常大，不易生成CO，在中速、中負(fù)荷工況下，柴油機(jī)的CO排放量最少。柴油機(jī) CO的高排放量也出現(xiàn)在小負(fù)荷工況區(qū)

6、，原因是由于柴油機(jī)循環(huán)供油量較少，燃燒室內(nèi)存在較多過稀混合氣區(qū)，使火焰?zhèn)鞑ダщy，燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動弱，混合氣形成不均勻，CO難以有效燃燒形成 CO2。另外，在大負(fù)荷工況下柴油機(jī) CO的排放也不容忽視。在大負(fù)荷工況下，柴油機(jī)每循環(huán)供油量較多，燃燒室內(nèi)存在過多的過濃混合氣區(qū)，氧氣的缺乏使CO不能得到及時(shí)氧化。圖3-5柴油機(jī)HC比排放特性圖3-4 柴油機(jī) CO 比排放特性0 0 I 1 I I =1SC0FCCNC0跆 030njr* min'"l|i圖3- 6柴油機(jī)NOx比排放特性從圖3-5可見，柴油機(jī)未燃 HC排放比汽油機(jī)少得多，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)噴油壓燃的工作 特性使燃油停留在燃燒

7、室中的時(shí)間比汽油機(jī)要短得多，從而受一些多相因素影響較小。還可以看出，柴油機(jī)的 HC比排放量基本上是隨負(fù)荷的上升而下降，但絕對排放量基本不變。其 未燃HC排放主要來自柴油噴注外緣混合過度造成的過稀混合氣區(qū)域，當(dāng)負(fù)荷較小或低速 時(shí)，柴油機(jī)循環(huán)供油量較少，一方面，燃燒室內(nèi)存在較多的稀混合氣區(qū)，使部分燃料不能得以及時(shí)燃燒；另一方面，燃燒室溫度相對較低，加大了火焰激冷淬熄的可能性 ，結(jié)果使柴油 機(jī)低速或者小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)HC排放較高。從圖3-6中可以看出，柴油機(jī) NOx的高排放區(qū)主要出現(xiàn)在小負(fù)荷和高速工況。當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，燃燒始點(diǎn)時(shí)的燃燒室內(nèi)溫度較低，滯燃期增長，混合時(shí)間加長，增大了氧氣與高溫燃?xì)饨佑|的機(jī)會，使NOx排放較高。高轉(zhuǎn)速工況下 NOx的高排放量可能與氣缸內(nèi)渦 流強(qiáng)度有直接關(guān)系。在高轉(zhuǎn)速下，氣缸內(nèi)存在較強(qiáng)的渦流水平 ，使高溫燃?xì)馀c氧分子接觸的 機(jī)會加大，燃燒速度加快，溫度比較高，使NOx大量生成，在高速小負(fù)荷工況時(shí)尤為突出。圖3-7、圖3-8和圖3-9分別為該柴油機(jī)排氣不透光度線性分度N、PT質(zhì)量濃度和比排放特性。從圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，不透光度線性分度N基本上是隨著負(fù)荷增大而增大的，這主要和過量空氣